Przełamanie bariery dźwięku
Wykorzystanie tuneli aerodynamicznych do badań nad lotami naddźwiękowymi
Co mają wspólnego myśliwiec wojskowy, rakieta kosmiczna i meteor? Wszystkie poruszają się szybciej niż dźwięk! Ale jak naukowcy badają, co dzieje się przy prędkościach naddźwiękowych? Symulują ekstremalne warunki lotu z dużą prędkością w eksperymentach. Technologia próżniowa Busch Group jest ich nieodłączną częścią.
Gdy rakieta leci w kosmos, osiąga prędkość naddźwiękową, ponieważ szybko przyspiesza. To przyspieszenie wywiera ogromną siłę na statek kosmiczny. Dlatego każdy komponent i materiał, z którego wykonana jest rakieta, musi zostać poddany testom, aby upewnić się, że wytrzyma taką siłę. Testy te nie tylko zapewniają astronautom bezpieczeństwo lotów kosmicznych, ale także sprawiają, że w przyszłości branża lotniczo-astronautyczna będzie bardziej efektywna i przyjazna dla środowiska. Ale jak można symulować takie warunki na Ziemi? Odpowiedź stanowi szybki tunel aerodynamiczny. Wykorzystuje on wzajemne oddziaływanie ciśnienia i próżni, aby naśladować ekstremalne warunki lotu kosmicznego. Na jednym końcu tunelu znajduje się jedna lub kilka dużych rur akumulacyjnych, w których sprężane jest powietrze. Na drugim końcu znajduje się zbiornik próżniowy z powietrzem usuniętym przez pompę próżniową. Sam eksperyment jest przeprowadzany w pośredniej sekcji pomiarowej.
Prędkości naddźwiękowe na Ziemi
W sekcji pomiarowej badacze umieszczają modele samolotów, czujniki lub próbki materiałów w pozycji, aby obserwować ich interakcję z przepływem ultradźwiękowym. Zbierane przez nich dane pomagają inżynierom ulepszać projekty, poprawiając bezpieczeństwo, wydajność i zrównoważony rozwój przyszłych samolotów i statków kosmicznych. Aby wykonać test, zawór do rury akumulacyjnej jest otwierany, co powoduje powstanie fali, która trafia do rury akumulacyjnej i przyspiesza znajdujące się w niej powietrza do dyszy. Ze względu na różnicę ciśnień między rurą a zbiornikiem próżniowym oraz specjalnie ukształtowaną dyszą ultradźwiękową w sekcji pomiarowej powstaje przepływ naddźwiękowy. Ten strumień powietrza osiąga prędkość siedmiokrotnie przekraczającą prędkość dźwięku — to ponad 8600 km/h lub dwadzieścia razy szybciej niż samochód Formuły 1!
Sekret przepływu ultradźwiękowego: próżnia
Pompy próżniowe Busch Group są kluczem do przyspieszenia, ale także spowolnienia wysokiej prędkości przepływu. Takie pompy próżniowe wytwarzają niezbędną próżnię w zbiorniku próżniowym umieszczonym na końcu stacji pomiarowej, aby skutecznie wytworzyć wymaganą różnicę ciśnień. Bez pompy próżniowej osiągnięcie wymaganej różnicy ciśnień wymagałoby znacznie większego wysiłku technicznego. Powietrze z rury jest gromadzone w zbiorniku próżniowym podczas testu, a następnie odprowadzane na zewnątrz jak normalne powietrze otoczenia.
Prędkości naddźwiękowe na Ziemi
W sekcji pomiarowej badacze umieszczają modele samolotów, czujniki lub próbki materiałów w pozycji, aby obserwować ich interakcję z przepływem ultradźwiękowym. Zbierane przez nich dane pomagają inżynierom ulepszać projekty, poprawiając bezpieczeństwo, wydajność i zrównoważony rozwój przyszłych samolotów i statków kosmicznych. Aby wykonać test, zawór do rury akumulacyjnej jest otwierany, co powoduje powstanie fali, która trafia do rury akumulacyjnej i przyspiesza znajdujące się w niej powietrza do dyszy. Ze względu na różnicę ciśnień między rurą a zbiornikiem próżniowym oraz specjalnie ukształtowaną dyszą ultradźwiękową w sekcji pomiarowej powstaje przepływ naddźwiękowy. Ten strumień powietrza osiąga prędkość siedmiokrotnie przekraczającą prędkość dźwięku — to ponad 8600 km/h lub dwadzieścia razy szybciej niż samochód Formuły 1!
Sekret przepływu ultradźwiękowego: próżnia
Pompy próżniowe Busch Group są kluczem do przyspieszenia, ale także spowolnienia wysokiej prędkości przepływu. Takie pompy próżniowe wytwarzają niezbędną próżnię w zbiorniku próżniowym umieszczonym na końcu stacji pomiarowej, aby skutecznie wytworzyć wymaganą różnicę ciśnień. Bez pompy próżniowej osiągnięcie wymaganej różnicy ciśnień wymagałoby znacznie większego wysiłku technicznego. Powietrze z rury jest gromadzone w zbiorniku próżniowym podczas testu, a następnie odprowadzane na zewnątrz jak normalne powietrze otoczenia.
Więcej informacji — Dlaczego statek kosmiczny nagrzewa się przy wchodzeniu w ziemską atmosferę
Gdy statek kosmiczny wchodzi w atmosferę z niskiej orbity Ziemi, porusza się z prędkością około 28 160 km/h — około 25 razy szybciej niż dźwięk. Wtedy narażony jest na temperatury wyższe niż stopiona lawa — czasami przekraczające 1600°C. Dzieje się tak za sprawą procesu zwanego ciepłem sprężania.
Przy tak dużych prędkościach cząsteczki powietrza znajdujące się bezpośrednio przed statkiem kosmicznym nie mają czasu na jego opłynięcie, ponieważ mogą poruszać się tylko z prędkością dźwięku (1235 km/h). Zamiast tego cząsteczki powietrza szybko sprężają się, tworząc falę uderzeniową z obszarem o wysokiej temperaturze i ciśnieniu, który ogrzewa powierzchnię statku kosmicznego. Z tego powodu rakiety i kapsuły są wyposażone w osłony termiczne bezpiecznie pochłaniające i rozpraszające tę energię. Bez nich wejście w atmosferę nie byłby możliwe, ponieważ metal tworzący rakietę stopiłby się. Zrozumienie tych efektów ma kluczowe znaczenie dla projektowania pojazdów kosmicznych nowej generacji. Te same tunele aerodynamiczne, które są używane do testowania samolotów naddźwiękowych, pomagają naukowcom również symulować warunki wchodzenia w atmosferę, aby przyszłe statki kosmiczne mogły bezpiecznie wracać na Ziemię.
Gdy statek kosmiczny wchodzi w atmosferę z niskiej orbity Ziemi, porusza się z prędkością około 28 160 km/h — około 25 razy szybciej niż dźwięk. Wtedy narażony jest na temperatury wyższe niż stopiona lawa — czasami przekraczające 1600°C. Dzieje się tak za sprawą procesu zwanego ciepłem sprężania.
Przy tak dużych prędkościach cząsteczki powietrza znajdujące się bezpośrednio przed statkiem kosmicznym nie mają czasu na jego opłynięcie, ponieważ mogą poruszać się tylko z prędkością dźwięku (1235 km/h). Zamiast tego cząsteczki powietrza szybko sprężają się, tworząc falę uderzeniową z obszarem o wysokiej temperaturze i ciśnieniu, który ogrzewa powierzchnię statku kosmicznego. Z tego powodu rakiety i kapsuły są wyposażone w osłony termiczne bezpiecznie pochłaniające i rozpraszające tę energię. Bez nich wejście w atmosferę nie byłby możliwe, ponieważ metal tworzący rakietę stopiłby się. Zrozumienie tych efektów ma kluczowe znaczenie dla projektowania pojazdów kosmicznych nowej generacji. Te same tunele aerodynamiczne, które są używane do testowania samolotów naddźwiękowych, pomagają naukowcom również symulować warunki wchodzenia w atmosferę, aby przyszłe statki kosmiczne mogły bezpiecznie wracać na Ziemię.